RU2039420C1 - Method for induction heating of flat metal products - Google Patents
Method for induction heating of flat metal products Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039420C1 RU2039420C1 SU4931863A RU2039420C1 RU 2039420 C1 RU2039420 C1 RU 2039420C1 SU 4931863 A SU4931863 A SU 4931863A RU 2039420 C1 RU2039420 C1 RU 2039420C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- inductor
- heating
- circuit
- product
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в высокопроизводительных процессах индукционного нагрева перед обработкой металла давлением. The invention relates to electrothermics and can be used in high-performance induction heating processes before metal forming.
Известен способ управления поверхностным нагревом заготовок [1] Нагрев ведут периодически повторяющимися стадиями в два этапа, на первом из которых проводят нагрев заготовок, подключая источник питания, а на втором выравнивают температуру по сечению заготовки отключением источника питания, на обоих этапах контролируют температуру поверхности и центра заготовки и при равенстве этих температур и достижении ими нижнего допустимого предела конечной температуры выгружают заготовку из печи. С целью снижения брака по неравномерности нагрева в переходных режимах при нагреве в методических печах определяют значение средней температуры всех заготовок в начале этапа нагрева последней стадии и отключают источник питания по достижении средней температурой конечного значения. A known method of controlling the surface heating of workpieces [1] Heating is carried out by periodically repeating stages in two stages, on the first of which the workpieces are heated by connecting a power source, and on the second, the temperature is aligned over the workpiece cross section by turning off the power source, at both stages the surface and center temperature are controlled workpieces and when these temperatures are equal and they reach the lower permissible limit of the final temperature, the workpiece is unloaded from the furnace. In order to reduce the marriage by the unevenness of heating in transient conditions during heating in methodological furnaces, the average temperature of all the workpieces is determined at the beginning of the heating stage of the last stage and the power source is turned off when the average temperature reaches the final value.
Недостатком данного способа является ограниченная производительность нагрева. The disadvantage of this method is the limited heating performance.
Известен способ термообработки металлических изделий в индукторе [2] Производят нагрев изделий подключением индуктора на полное напряжение питания на заданное время, затем отключают индуктор и выдерживают изделие в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по сечению, причем нагрев ведут с изменением частоты питания и поддерживают при этом cosφ близким к единице. С целью увеличения производительности процесса нагрев проводят в три этапа, на первом из которых частоту питания поддерживают на уровне fmax, на втором этапе плавно снижают частоту до величины fmin, на третьем частоту поддерживают на уровне fmin.A known method of heat treatment of metal products in an inductor [2] Produce heating products by connecting the inductor to the full supply voltage for a given time, then turn off the inductor and maintain the product for the time required to equalize the temperature over the cross section, and the heating is carried out with a change in the frequency of supply and support at this cosφ is close to unity. In order to increase the productivity of the process, heating is carried out in three stages, at the first of which the supply frequency is maintained at f max , at the second stage, the frequency is gradually reduced to f min , at the third frequency is maintained at f min .
Существенным недостатком способа термообработки являются ограниченные производительность и равномерность нагрева изделий. Другим недостатком является сложность реализации частотного регулирования, вызванного электромеханическими или вентильными преобразователями, а также изменением термофизических свойств нагреваемых изделий. A significant disadvantage of the heat treatment method is the limited productivity and uniformity of heating products. Another disadvantage is the difficulty of implementing frequency regulation caused by electromechanical or valve converters, as well as a change in the thermophysical properties of the heated products.
Сущность способа нагрева заключается в том, что при нагреве плоских металлических изделий до заданной температуры Тзад, при котором два плоских индуктора, встроенные в технологическую линию, между которыми расположено нагреваемое изделие, подключают на полное напряжение питания централизованного источника на заданное время tн, а верхним подвижным индуктором регулируют зазор между ним и изделием при cosφ индукторов, близким к единице, нагрев производят в три этапа, на первом из которых устанавливают минимально возможный зазор и поддерживают мощность в контуре верхнего индуктора на уровне половины максимальной Рmax, на втором этапе зазор увеличивают по экспоненциальному закону до достижения величины минимальной мощности Pmin в контуре, на третьем этапе мощность поддерживают на уровне Рmin, при этом мощность в контуре нижнего стационарного индуктора на всех этапах нагрева поддерживают на уровне а Pmin выбирают из соотношения Pmin< Pmaxпричем Рmax определяется по соотношению
Pmax= где C удельная теплоемкость изделия;
m масса изделия.The essence of the heating method lies in the fact that when heating flat metal products to a predetermined temperature T back , in which two flat inductors built into the production line, between which the heated product is located, are connected to the full supply voltage of a centralized source for a given time t n , and the upper movable inductor controls the gap between it and the product with cosφ inductors close to unity, the heating is carried out in three stages, the first of which sets the minimum possible clearance and maintains the power in the circuit of the upper inductor is half the maximum P max , at the second stage the gap is increased exponentially until the minimum power P min in the circuit is reached, at the third stage, the power is maintained at P min , while the power in the circuit of the lower stationary inductor is all stages of heating are maintained at and P min is selected from the relation P min < P max and P max is determined by the ratio
P max = where C is the specific heat of the product;
m mass of the product.
На фиг. 1 представлена иллюстрация, поясняющая способ индукционного нагрева плоских металлических изделий; на фиг. 2 закон изменения зазора между верхним индуктором и нагреваемым изделием; на фиг. 3 программа изменения мощности в контуре верхнего индуктора; на фиг. 4 диаграмма распределения температурных полей по толщине заготовки; на фиг. 5 устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 6 конструкция индукторов для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 is an illustration explaining a method for induction heating flat metal products; in FIG. 2 the law of changing the gap between the upper inductor and the heated product; in FIG. 3 program for changing the power in the circuit of the upper inductor; in FIG. 4 diagram of the distribution of temperature fields over the thickness of the workpiece; in FIG. 5 device for implementing the proposed method; in FIG. 6 design of inductors for implementing the proposed method.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит верхний индуктор 1, нижний индуктор 2, электродвигатель 3, редуктор 4, нагреваемое изделие 5, рольганг 6, задатчик 7 мощности, регулятор 8 мощности, регулятор 9 скорости, регулятор 10 тока, управляемый тиристорный преобразователь 11, якорную цепь 12 и механическую инерционную часть 13 электродвигателя 3, интегрирующее звено редуктора 14, коэффициент 15 передачи индуктора, датчик 16 тока; датчик 17 скорости; датчик 18 мощности. A device that implements the proposed method comprises an
Индукторы содержат первый 19 и второй 20 многопозиционные переключатели. Верхний индуктор 1 выполнен подвижным, а нижний индуктор 2 неподвижным. Между индукторами 1 и 2 находится нагреваемое плоское металлическое изделие 5. Для перемещения верхнего индуктора относительно изделия служит электродвигатель 3, на одном валу с которым находится датчик 17 скорости. Электродвигатель 3 посредством редуктора 4 с шарико-винтовой парой перемещает индуктор 1. Нагреваемое изделие 5 поступает в зону нагрева по рольгангу 6. Датчик 18 мощности измеряет мощность в контуре верхнего индуктора 1. Inductors contain the first 19 and second 20 multi-position switches. The
Для оптимального нагрева изделия до Тзад интервал нагрева проводят в три этапа (фиг.2), регулируя мощность Р (фиг.3) в контуре индуктора 1 зазором h между ним и нагреваемым изделием. На первом этапе интервала нагрева (t1) зазор минимальный hmin, а мощность в контуре индуктора 1 имеет максимальное значение. Первый этап интервала нагрева заканчивается при достижении температурой верхней поверхности изделия Тпов (1) ≥ 1,1 Тзад (фиг. 4). На втором этапе (фиг. 2) интервала нагрева (t2-t1) зазор увеличивают до минимального значения Рmin мощности в контуре индуктора 1. На третьем этапе интервала нагрева (tн-t2) мощность в контуре индуктора 1 поддерживают минимальной на уровне Pmin. Мощность в контуре индуктора 2 на трех этапах интервала нагрева поддерживают постоянной на максимальном значении .Интервал нагрева заканчивается (фиг.4) по достижении температурой нижней поверхности изделия Тпов (2) 0,9 Тзад и наступает интервал выдержви (tв), необходимый для выравнивания температуры центра Тц с температурами Тпов (1), Тпов (2 )и температурой слоя, прогретого выше Тзад изделия, при котором централизованный источник питания полностью отключен. Интервал выдержки заканчивается по достижении температурами Тц, Тпов (1), Тпов (2) равенства на уровне Тзад ±ε
Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Токовый контур (фиг. 5), в составе 10-12,16, настроен на технический оптиум и компенсирует электромагнитную постоянную времени якорной цепи Тя. Переходный процесс в контуре определяется малой постоянной времени токового контура Тm т. Регулятор 10 тока имеет пропорционально-интегральную зависимость выходного напряжения от входного. Скоростной контур в составе 9, 13,17, настраивается на технический оптиум и компенсирует электромеханическую постоянную времени Тм механической инерционной части 13 электродвигателя 3. Переходный процесс в контуре определяется удвоенной малой постоянной времени скоростного контура Тm c. Регулятор 9 скорости пропорционального типа стабилизирует скорость электродвигателя 3 на заданном уровне и задает уровень напряжения входного сигнала регулятору 10 тока. Контур мощности, в составе 8, 14, 15, 18, настраивается на симметричный оптиум и компенсирует учетверенную малую постоянную времени контура мощности Тm p. Переходный процесс в контуре определяется удвоенной малой постоянной времени контура мощности Тm p. Регулятор 8 мощности пропорционально-интегрального типа стабилизирует мощность в контуре индуктора 1 на заданном уровне и задает напряжения входного сигнала регулятору 9 скорости.For optimal heating of the product to T backside, the heating interval is carried out in three stages (figure 2), adjusting the power P (figure 3) in the circuit of the
A device that implements the proposed method works as follows. The current circuit (Fig. 5), consisting of 10-12.16, is tuned to technical optium and compensates for the electromagnetic time constant of the anchor circuit T i . The transition process in the circuit is determined by the small time constant of the current circuit T m t . The
Работа устройства при изменении момента нагрузки Мн на валу электродвигателя 3 следующая. При увеличении Мн на валу электродвигателя сигнал обратной связи с датчика 17 уменьшается, а ошибка на входе регуляторе 9 увеличивается. Выходное напряжение регулятора 9 скорости увеличивается, повышая уровень входного напряжения на регуляторе 10 тока, выходное напряжение которого увеличивается. Напряжение на выходе преобразователя 11 растет и скорость электродвигателя 3 восстанавливается с точностью до статизма. Аналогично работает устройство при уменьшении момента нагрузки на валу электродвигателя 3.The operation of the device when changing the load moment M n on the shaft of the
Работа устройства в процессе индукционного нагрева следующая. The operation of the device in the process of induction heating is as follows.
Источник централизованного питания включают на полное напряжение. Задатчик 7 мощности задает сигнал входного напряжения, соответствующий максимальному уровню мощности в контуре индуктора 1, на вход регулятора 9 мощности. Появляется напряжение на выходах элементов 9-11 и электродвигатель 3, вращаясь, приближает индуктор 1 через редуктор 4 к нагреваемому изделию 5 до максимального значения мощности Рmax/2 в контуре индуктора 1. Привод включается при равенстве напряжений с задатчика 7 мощности и датчика 18 мощности. При переключении задатчика 7 мощности на сигнал входного напряжения, соответствующий минимальному уровню мощности в контуре индуктора 1, входной сигнал с регулятора 8 уменьшается, что приводит к уменьшению выходных напряжений с элементов 9-11 и отодвиганию индуктора 1 от нагреваемого изделия 5 до минимального значения Pmin мощности в контуре индуктора 1. Привод выключается при равенстве напряжений с задатчика 7 мощности и датчика 18 мощности.The centralized power supply is turned on at full voltage. The power adjuster 7 sets the input voltage signal corresponding to the maximum power level in the circuit of the
В целях экономичного расхода активной мощности питающего напряжения при смене номенклатуры нагреваемых изделий индукторы выполнены с многопозиционными переключателями 19 и 20, позволяющие включать необходимое количество внутренних и внешних витков индукторов, в зависимости от габаритных размеров нагреваемых изделий. In order to economically consume the active power of the supply voltage when changing the range of heated products, the inductors are made with
Цикл нагрева выдержка цилиндрической стальной кольцевой заготовки с внешним диаметром 850 мм внутренним диаметром 250 мм и высотой 145 мм до 1100оС характеризуется следующими параметрами. В качестве централизованного источника питания двух кольцевых спиральных индукторов с внешним диаметром 1000 мм и внутренним диаметром 250 мм используется индукционная установка УПИ2-500/1Н с преобразователем частоты ППЧВ-500-1,0-6000 с управлением по цепи возбуждения. На первом этапе интервала нагрева поддерживается максимальная 1/2 Pmax 250 кВт мощность в контуре индуктора 1. Этот этап заканчивается в момент времени t1, когда верхняя поверхность изделия достигает температуры, равной Тпов (1) 1,1 Тзад 1310оС. Время t1 равно 6,3 мин. Затем увеличивают зазор между верхним индуктором и изделием и снижают мощность в контуре индуктора 1 до уровня Рmin 166 кВт в течение t2-t1 8 с, после чего поддерживают мощность в контуре верхнего индуктора на уровне Pmin 166 кВт, на протяжении tн t2 1,50 мин. Диапазон изменения зазора лежит в пределах 10-100 мм. Мощность в контуре нижнего индуктора на трех этапах интервала нагрева поддерживают на уровне 1/2 Рmax 250 кВт в течение tн 8,00 мин. Момент времени tн фиксируется по достижении нижней поверхностью изделия температуры Тпов (2) 0,9 Тзад 990оС. На этом заканчиваются три этапа интервала нагрева длительностью tн. На интервале выравнивания температур длительностью tв1,5 мин централизованный источник питания полностью отключается. Момент окончания всего цикла нагрева выдержки изделия фиксируется при достижении равенства температуры поверхностей и центра изделия на уровне 1100± 40оС. Длительность цикла нагрев выдержка изделия определяется tн+ tв8,00 + 1,5 9,50 мин при точности нагрева ( ± 40оС). Сравнение предлагаемого способа управления с частотным управлением показывает, что минимальное время цикла нагрев выдержка указанной заготовки, при регулировании частотой питающего напряжения и точности ( ± 45оС) составляет 18,2 мин. Таким образом, время цикла нагрев выдержка при заявленном способе нагрева сокращается в среднем на 10 мин при одновременном достижении качества нагрева (± 40оС). В качестве привода перемещения верхнего индуктора использовано устройство воспроизведения движения УВЗ-21, изготавливаемое Новосибирским электромеханическим заводом с приводом типа 1ЭМ8-012, имеющим усилие на штоке при заторможенном роторе 8КН. Приводной электродвигатель имеет мощность Р 1,3 кВт, номинальный ток Iн 23А, напряжение питания U 45,5 В. Годовой экономический эффект от внедрения способа и устройства для его осуществления составляет величину порядка 494100 руб. за счет существенного сокращения угара металла и уменьшения числа бракованных изделий.Heat cycle endurance annular cylindrical steel blank with 850 mm outer diameter 250 mm inner diameter and 145 mm in height and 1100 C is characterized by the following parameters. The UPI2-500 / 1N induction unit with a frequency converter ППЧВ-500-1,0-6000 with control along the excitation circuit is used as a centralized power source for two ring spiral inductors with an external diameter of 1000 mm and an internal diameter of 250 mm. At the first stage of the heating interval, a maximum 1/2 P max 250 kW power is maintained in the
Claims (1)
причем Pм а х определяют по соотношению
где C удельная теплоемкость изделия;
m масса изделия.METHOD FOR INDUCTION HEATING FLAT METAL to a predetermined temperature T s and d, in which two planar inductor integrated into the process line, between which is arranged to be heated product connects to full voltage centralized power source for a predetermined time t n, and the upper movable inductor controlled gap between them and the product with cosφ inductors close to unity, characterized in that, in order to increase the productivity of the process and increase the uniformity of heating, heating is performed in three stages apa, the first of which is set the minimum possible clearance and maintain the power in the loop of the upper inductor at half maximum P m a x, in a second step the gap increase exponentially until the value of the minimum power P m i n in the circuit in the third stage power maintained at P m i n, wherein the power circuit of the lower stationary inductor at all stages of the heating is maintained at P m a x / 2, and P m i n is selected from the relation P m i n <m and 1/3 x P ,
and P m a x is determined by the ratio
where C is the specific heat of the product;
m mass of the product.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4931863 RU2039420C1 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Method for induction heating of flat metal products |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4931863 RU2039420C1 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Method for induction heating of flat metal products |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2039420C1 true RU2039420C1 (en) | 1995-07-09 |
Family
ID=21572191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4931863 RU2039420C1 (en) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | Method for induction heating of flat metal products |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2039420C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799484C1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation |
-
1991
- 1991-03-11 RU SU4931863 patent/RU2039420C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1173563, кл.H 05B 6/06, 1981. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 847525, кл. H 05B 6/06, 1974. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799484C1 (en) * | 2022-03-14 | 2023-07-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102171471B (en) | Bearing heater | |
Shi et al. | Optimum efficiency control of traveling-wave ultrasonic motor system | |
CN113613808B (en) | Heating device for inductively heating flat steel strip in hot rolling mill | |
US2845377A (en) | Method for the inductive hardening of elongated workpieces | |
US6815649B2 (en) | Device and method for inductive billet heating with a billet-heating coil | |
RU2039420C1 (en) | Method for induction heating of flat metal products | |
US4493014A (en) | Superconduction storage apparatus of electrical power | |
JPS5844125B2 (en) | Induction hardening equipment | |
SU1163489A1 (en) | Method of controlling conditions of process for heating ferromagnetic blanks in induction continuous installation | |
RU2112328C1 (en) | Method for heating of single articles of ferromagnetic material by means of high- frequency currents | |
US4481639A (en) | Method for temperature control of inductors | |
JP3112555B2 (en) | High frequency induction heating device | |
JP2005310645A (en) | High-frequency induction hardening device | |
RU2026368C1 (en) | Method for induction heating of circular powder blanks | |
CN1424426A (en) | Electrical heating method for metallic work piece heat treating furnaces | |
SU1178782A1 (en) | Device for controlling the heating of ferromagnetic blanks in continuous heating unit | |
CN2167098Y (en) | Process for continuous quenching with stepless adjusting power | |
CN112456770B (en) | Toughened glass controllable steady-flow heating method based on heating furnace | |
SU847528A1 (en) | Method of heat treatment of metallic articles in inductor | |
JPH09256058A (en) | Production of ring-shaped member | |
JPH01234621A (en) | Bearing mounting method | |
Demidovich et al. | Advanced automated complex using induction and resistance furnaces for precise heating of the titanium billets | |
SU1164913A1 (en) | Induction continuous heating installation | |
RU2063448C1 (en) | Method to operate aggregate for blanks heating for deformation | |
EP1006757B1 (en) | Magnetic heating system |